沥青VOCs释放规律及其新型抑制剂的设计研究

摘要

随着我国道路建设的飞速发展及人民环保意识的提升，产生于沥青路面施工、服役过程中的VOCs（Volatile Organic Compounds）逐渐受到广泛关注。早在1987年，国际癌症研究协会便将沥青VOCs划归为人类潜在致癌物，同时由于其组分复杂且活性极强，与空气组分作用还会引发光化学反应、雾霾等环境问题。长期以来，研究人员利用生物实验及化学模拟证实了沥青VOCs的毒害作用，并针对其释放机理、抑制方法开展了深入研究。但限于其释放量相对稀薄、组分复杂及开放的收集环境，导致虽然分析表征方法繁多，但却尚未形成统一规范标准。此外，研究人员借鉴其他领域VOCs治理经验，尝试了多种减排方法，其中以吸附法效果最佳，但该方法与存在沥青不相容等缺点。 基于此，本文借助热裂解-气相色谱-质谱联用仪，利用其封闭的试验环境解决了沥青VOCs收集困难的问题，并提出一套完整的沥青VOCs定性定量分析方法。同时，测试并研究了不同温度及热裂解时间下沥青VOCs释放规律，为揭示VOCs释放机理打下基础。随后，通过调研国内外沥青VOCs抑制方法，本文提出利用沸石类物质的多孔结构实现沥青VOCs抑制，采用溶胶凝胶法水热合成改性沸石产品--氢氧化钙沸石，并通过性能测试选择最佳抑制剂。最后，本文研究了合成抑制剂对沥青VOCs的抑制效果，并深入探讨了抑制剂对沥青VOCs组分变化的影响规律。 结果表明：采用本文提出的定性定量分析方法，检测出沥青VOCs中含有烷烃、烯烃、甲基萘、茚、烷酸等物质，且180℃时单位释放量为1.93×106mg-1。沥青VOCs释放量与温度及热裂解时间均呈正相关关系，且温度变化对沥青VOCs释放量的影响更加明显。通过添加氢氧化钙在沸石合成过程中进行改性后，抑制剂比表面积增大，表面更加粗糙，具有更高的VOCs抑制潜力；同时TGA与马歇尔试验证实合成抑制剂对沥青混合料具有温拌效果，最佳温拌温度为130℃。PY-GC-MS测试结果表明，氢氧化钙沸石对沥青VOCs有明显的抑制作用，总抑制效率为37.18%；此外，氢氧化钙沸石对沥青VOCs具有催化作用，长时间加热会促使链烃类物质裂化及取代，产生烃类衍生物，增加沥青VOCs毒害性。

目录

声明

第一章 引言

1.1研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 沥青VOCs释放动力学研究

1.2.2 沥青VOCs抑制方法

1.3 研究内容及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

第二章 原材料与实验方案

2.1 原材料

2.1.1 沥青

2.1.2 新型抑制剂合成原材料

2.1.3 集料与级配

2.2 实验设备

2.2.1 PY-GC-MS

2.2.2 新型抑制剂合成设备

2.2.3 新型抑制剂性能测试设备

2.3 实验方案

2.3.1 沥青VOCs释放规律研究

2.3.2 新型抑制剂设计开发

2.3.3 新型抑制剂对沥青VOCs的抑制效果

第三章 沥青VOCs释放规律研究

3.1 沥青VOCs分析表征方法

3.1.1 定性分析

3.1.2 定量分析

3.2 沥青VOCs的挥发规律研究

3.2.1 沥青VOCs组分分类

3.2.2 温度对沥青VOCs的挥发规律影响

3.2.3 热裂解时间对沥青VOCs的挥发规律影响

3.3 本章小结

第四章 新型抑制剂设计研究

4.1 沸石改性剂

4.2 新型抑制剂的设计开发

4.2.1 沸石合成研究进展

4.2.2 氢氧化钙沸石的制备

4.3 新型抑制剂对沥青VOCs的抑制潜力分析

4.3.1 吸附作用

4.3.2 温拌作用

4.4 本章小结

第五章 新型抑制剂对沥青VOCs的抑制研究

5.1 新型抑制剂对沥青VOCs的总抑制效果

5.1.1 不同温度下新型抑制剂的VOCs抑制效果

5.1.2 不同热裂解时间下新型抑制剂的VOCs抑制效果

5.2 新型抑制剂对沥青VOCs各组分的抑制效果

5.2.1 新型抑制剂对链烃的抑制效果

5.2.2 新型抑制剂对烃类衍生物的抑制效果

5.2.3 新型抑制剂对PAHs的抑制效果

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录